A lógica central para aumentar a PLQY (produtividade quântica fotogênica) das células solares de perovskite éInibição de compostos não radiológicos(Reduzir a probabilidade de captura do veículo em estado defeituoso) e otimizar a eficiência do composto de radiação do veículo. Com base nos fatores de influência do PLQY (defeito, cristalidade, qualidade da interface, estabilidade ambiental, etc.), uma série de estratégias eficazes foram desenvolvidas no estudo atual.

Especificamente, podem ser divididos nas seguintes categorias:

Passivação de defeitos: redução de centros compostos não radiológicos

Defeitos (defeitos de superfície / fase corporal, defeitos de cristal) são as principais causas de compostos não radiantes, portantoPassivação de defeitosÉ a estratégia central para a melhoria da PLQY.

Passivação da superfície: reparação direcionada de defeitos da superfície

Existem grandes quantidades de íons não posicionados na superfície do perovskite (por exemplo, Pb²).⁺e chaves de suspensão, são centros compostos não radioativos de alta atividade. A passivação da superfície preenche defeitos e reduz a densidade do estado da superfície através da introdução de moléculas / íons funcionais.

·Passivação molecular orgânica：
Amino (-NH)₂moléculas orgânicas de hidroxi (-OH) ou enxofre (-SH) (como PEA)⁺、 丁胺（BA⁺), tiouréia, sal guandina, etc.) pode ser ligado com a superfície insaturada Pb²⁺Combinado, neutraliza a carga eletrica defeituosa. Por exemplo, PEA⁺MAPbI modificado₃A superfície aumenta o PLQY de 10% para mais de 60%.

·Passivação de íons inorgânicos：
Sal inorgânico (por exemplo, CsI, RbCl, KBr, Pb (SCN))₂Os íons (Cs)⁺e Rb⁺ou aniões (I)⁻com Cl⁻com SCN⁻Pode preencher o espaço vazio da grade (por exemplo, o espaço vazio do bit A, o espaço vazio do bit X), inibindo a formação de defeitos. Por exemplo, a passivação de CsI reduz a FA.₀.₈₅MA₀.₁₅PbI₃Para defeitos de superfície, o PLQY aumentou mais de 30%.

·Camada de passivação de perovskite bidimensional：
Crescimento de perovskite bidimensional na superfície de perovskite tridimensional (por exemplo, PEA)₂PbI₄, (BA)₂PbI₄Sua superfície hidrofóbica pode simultaneamente inactivar defeitos e bloquear o oxigênio hídrico. Os cáyons orgânicos de cadeia longa em camadas bidimensionais cobrem defeitos de superfície e a combinação de nível de energia em interfaces bidimensionais / tridimensionais reduz a composição não-radiante do veículo na superfície, aumentando significativamente o PLQY (até mais de 90% em alguns sistemas).

Passivação corporal: inibe a formação de defeitos internos

Defeitos de fase corporal (como espaços vazios, átomos de espaço, fase de impurezas) são principalmente causados ​​pela instabilidade dinâmica ou desequilíbrio químico no processo de cristalização do perovskite, e a passivação de fase corporal inibe os defeitos através da regulação do processo de cristalização ou da introdução de dopantes.

·Passivação de doping de precursores：
A introdução de pequenas quantidades de "capturadores de defeitos" (por exemplo, uréias, tiouréias, derivados de aminoácidos) em precursores de perovskita, cujos grupos polares em moléculas (por exemplo, C = O, C = S) podem ser associados a Pb².⁺ou I⁻O posicionamento inibe a geração de defeitos durante o processo de cristalização. Por exemplo, a adição de 0,5% de tiouréia ao precursor pode produzir CsPbI.₃A densidade dos defeitos de fase corporal foi reduzida em uma ordem de quantidade e o PLQY aumentou de 20% para 70%.

· Grade de regulação de doping iônico：
Introdução de íons heterogêneos (por exemplo, Cs dopado em bits A)⁺e Rb⁺Dopagem em bits X Br⁻com Cl⁻Pode estabilizar a grade de perovskita, reduzindo os defeitos causados ​​pela deformação da grade. Por exemplo, FA₀.₈₅Cs₀.₁₅PbI₃(FA: Armor, Cs: Césio) em comparação com o FAPbI puro₃A grade é mais estável, com menos defeitos de fase corporal e um aumento de PLQY de cerca de 40%.

Regulação de cristalização: redução de defeitos de cristalização

A fronteira de cristal é uma área densa de defeitos (como íons não posicionados, malposição de grade), alta cristalidade e grandes grãos de perovskita podem reduzir a densidade da fronteira de cristal, reduzindo assim o composto não radiante.

1. Engenharia de solventes para otimizar a dinâmica da cristalização

Ao regular a composição do solvente ou a taxa de volátilidade da solução precursora, promove o crescimento lento do grão para formar cristais de grande tamanho e baixos defeitos.

·Estratégia de mistura de solventes：A adição de solventes de alto ponto de ebulição (como GBL (gamma-butaneléster), CB (clorobenzeno) em DMF (N, N-dimetilformalamida) ou DMSO (dimetil-acetato) retarda a volatilidade do solvente e prolonga o tempo de cristalização para que o grão cresça completamente. Por exemplo, MAPbI₃A adição de GBL ao precursor aumenta o tamanho do grão de 1 μm para mais de 5 μm, diminui a densidade do limite de cristal e aumenta o PLQY em 25%.

·Cristalização auxiliar anti-solvente: Adicionar anti-solvente gota a gota na membrana de perovskita (por exemplo, éter dietílico, clorobenzo), reduzir rapidamente a solubilidade do precursor, induzir a formação uniforme de núcleos, reduzir os pequenos grãos e os limites cristalinos. A otimização do tempo de adição de gotas anti-solvente (por exemplo, quando a película é semi-seca) pode melhorar ainda mais a qualidade do cristal e o PLQY pode ser melhorado em 30% ~ 50%.

2. Otimização do processo de cozimento

A temperatura e o tempo de cozimento afetam diretamente a cristalização: a cozimento a baixa temperatura pode levar facilmente à cristalização incompleta (multifase não cristalina), e a cozimento a alta temperatura pode desencadear a volatilidade dos componentes (como MA).⁺decomposição).

·Incendio passo a passoPrimeiro, pré-tratamento a baixa temperatura (60 ~ 80 ° C), para que o precursor se torne lentamente nuclear; A alta temperatura (100 ~ 150 ° C) é cozida para promover o crescimento do grão e a reparação de defeitos. Por exemplo, FAPbI₃Adotando "80 ℃ / 5min + 150 ℃ / 10min" de recolha passo a passo, a cristalidade foi significativamente melhorada e o PLQY aumentou de 15% para 55%.

Engenharia de interfaces: inibição de compostos não radiológicos da interface

A interface entre o perovskite e a camada de transporte de carga (HTL/ETL) é a "zona de alto risco" (desajuste de nível de energia, defeitos na interface) do composto de veículo, e a interface otimizada pode reduzir a perda do composto.

1. Modificação da interface da camada de transmissão

Melhore a correspondência de níveis de energia e passive defeitos de interface através da introdução de tampões na superfície da camada de transporte.

·Modificação ETL (Electronic Transport Layer)Em TiO₂ou SnO₂Revestimento superficial ultrafino Al₂O₃、 ZnO ou moléculas orgânicas (como TPBi) podem reduzir a densidade do estado de defeito da interface e fazer TiO₂O guiador é mais compatível com o guiador do perovskite, reduzindo o acúmulo de eletrões na interface. Por exemplo, Al₂O₃TiO modificado₂A interface de perovskite aumenta o PLQY em cerca de 20%.

·Modificação HTL (Hole Transport Layer)Introdução de CuI, NiO na superfície de Spiro-OMeTAD ou PTAAₓOu a auto-montagem de camadas monomoleculares (como derivados de fenofenol) pode melhorar a eficiência da extração de buracos vazios e reduzir a retenção de buracos vazios na interface. Por exemplo, a interface Spiro-OMeTAD/perovskite modificada com CuI aumentou o PLQY de 30% para 50%.

2. Perovskite / Otimização do nível de correspondência de energia da camada de transmissão

Escolha materiais de transmissão mais adequados ao nível de energia do perovskite para reduzir as barreiras de extração do veículo. Em comparação com o TiO₂(Condução aproximada - 4,0 eV), SnO₂O condutor (aproximadamente - 4,4 eV) é mais próximo do MAPbI₃A extração de eletrônicos é mais eficiente, com menos composto de interface e maior PLQY (SnO).₂O dispositivo base PLQY é geralmente melhor do que o TiO₂10%-20%).

Melhoria da estabilidade: inibição da redução do PLQY causada pela degradação

A degradação do perovskite (induzida por água, oxigênio e luz) pode gerar novos defeitos (por exemplo, PbI).₂、 A fase de impureza PbO) resulta em uma redução contínua do PLQY, portanto, a estabilidade melhorada é a chave para manter o PLQY alto.

Estabilização dos componentes

Utilização de sistemas de cáionos / níones mistos (como MA)₀.₁FA₀.₆Cs₀.₃Pb (I)₀.₈br₀.₂)₃), inibindo a deformação da grade e a volatilidade dos componentes através da interação entre íons, aumentando a capacidade de degradação do material. Por exemplo, a retenção de PLQY aumentou de 30% para 70% após 100 horas no ar em comparação com perovskito a base de MA puro.

2. Projeto de Embalagem e Barreira

Através de uma embalagem (por exemplo, embalagem de vidro / metal) ou introdução de uma camada de barreira de oxigênio (por exemplo, Al)₂O₃、 PET/Al), reduzindo a invasão de oxigênio de água. Por exemplo, Al₂O₃Os dispositivos encapsulados por vaporização são colocados a uma umidade de 85% por 30 dias e o PLQY ainda mantém mais de 80% do valor inicial (apenas 10% para dispositivos não encapsulados).

Otimização das condições de excitação: evitar reforço composto não radiacional

Em medições ou aplicações, a regulação razoável das condições de excitação evita que o PLQY seja “reduzido artificialmente”:

·Controle de intensidade de estimulaçãoEvite a intensidade excessiva de excitação (por exemplo > 10¹)⁸Fotões / cm²・s）， Evitar que a concentração excessiva de veículos desencadeie o composto de Oschiel (um tipo de composto não radiológico);

·Controle de temperaturaEm cenários que exigem alta PLQY (por exemplo, aplicações de emissão de luz), a temperatura pode ser reduzida adequadamente (por exemplo, 77 K), inibindo a captura de defeitos pela ativação térmica e aumentando a proporção composta de radiação.

Resumo

As principais estratégias para melhorar o PLQY podem ser resumidas como:"Passivação de defeitos, cristalização e otimização da interface, estabilidade melhorada para garantir a durabilidade"A redução direta do centro composto não-radiante através da passivação de superfície / fase corporal, combinada com a regulação de cristalização para reduzir os defeitos do limite de cristal, a engenharia de interface para otimizar a extração de veículos, complementada com o design de estabilidade para inibir a degradação, pode melhorar significativamente o PLQY do perovskite (o PLQY do sistema atualmente excelente está perto de 100%). Essas estratégias não só melhoram o PLQYProdutividade quântica fotoluminescenteTambém pode melhorar sincronicamente o desempenho fotovoltaico das células solares (como a tensão de circuito aberto, EQE), porque a baixa perda composta não-radiante é uma característica comum de dispositivos de alta eficiência.